L'objectif de ce travail est de développer des matériaux pour une conversion efficace de fréquences. Deux types de matériaux ont été étudiés. Le premier type concerne des matériaux pour le doublage de fréquence par la génération de second harmonique. Nous avons sélectionné des vitrocéramiques de chalcogénures GeS₂+βGeS₂ et Ge₂₀Sb₁₂S₆₈+Cds pour cette étude avec une différence d'indice faible entre la phase vitreuse et les cristaux. Ces vitrocéramiques ont été élaborées avec une technique originale en associant la mécano-synthèse et le pressage flash (Spark Plasma Sintering). Elles présentent une grande compacité supérieure à 99,9%. Les pertes optiques par diffusion, en particulier dans les courtes longueurs d'onde, doivent encore être améliorées pour rend possible les mesures de génération de second harmonique. Cette nouvelle technique de synthèse a également permis la fabrication des verres de chalcogénures qui ont une forte tendance à cristalliser. L'exemple a été donné par la synthèse du verre Ge₁₅Ga₂₀S₆₅, situé en dehors du domaine vitreux déterminé par la méthode de synthèse classique (fusion-trempe). Le deuxième type de matériaux étudiés concerne des matériaux luminescents à large bande d'absorption et d'émission. Les ions de métaux de transition Fe, Ni et Mn et l'ion de terre rare bivalent Eu ont été sélectionnés en raison des transitions électroniques impliquant des électrons de la couche d. Des émissions larges et parfois intenses ont été obtenues avec des ions Eu²⁺ dans les céramiques SrS/ZnS et CaS/ZnS. La largeur à mi-hauteur peut même dépasser 100 nm. Il a été démontré que la position de l'émission dépend fortement de l'environnement chimique des ions Eu²⁺. Afin d'ajuster continuellement la position de cette émission, des couches minces contenant différents rapports Sr/Ca ont été déposées par co-pulvérisation cathodique assistée par un magnétron. Des émissions larges et ajustables ont été obtenues. / The objective of this work is to develop materials for efficient frequency conversion. Two types of materials were studied. The first type relates to materials for frequency doubling by using second harmonic generation. We selected chalcogenide glass ceramics GeS₂+βGeS₂ and Ge₂₀Sb₁₂S₆₈+Cds for this study with a low difference of refractive index between the glass phase and the crystals. These ceramics were synthesized by melt-quenching technique and by combination of mechanical milling and Spark Plasma Sintering. The obtained glass ceramics have a high compactness greater than 99.9%. The optical losses due to scattering, particularly at shorter wavelengths, must be further improved before measurement of second harmonic generation. This new synthesis technique also allowed the manufacture of chalcogenide glasses which have a strong tendency to crystallize. The example was given by the synthesis of the glass Ge₁₅Ga₂₀S₆₅, located outside of the glass forming region determined by using the conventional melt-quenching method. The second type of the studied materials was related to luminescent materials with broadband absorption and emission. Transition metal ions, Fe, Ni and Mn, and divalent rare earth ion Eu were selected for its electronic transitions involving d-shell electrons. Wide and intense emissions were obtained with Eu²⁺ ions in CaS/ZnS and SrS/ZnS ceramics. The FWHM may exceed 100 nm. It has been demonstrated that the position of the emission strongly depends on the chemical environment of Eu²⁺ ions. In order to continuously adjust the position of the emission, thin films containing different Sr/Ca ratios were deposited by magnetron sputtering. Wide and adjustable emissions were obtained.

Cette thèse vise à élargir nos connaissances sur les couches limites turbulentes (CLT) soumises à un gradient de pression adverse (CLT-GPA). Les points de mire de cette thèse sont les structures cohérentes et les mécanismes de transfert d'énergie dans les CLT-GPA avec de petits et grands déficits de vitesse. Pour faire cela, nous avons généré des bases de données de deux CLT-APG hors équilibre par simulation numérique directe. La première couche limite atteint un Re[indice θ] de 8000 et un paramètre de forme de 1.4 à 3.2. Il s'agit de la base de données principale utilisée tout au long de la thèse. La deuxième base de données a été obtenue avec le même domaine et les mêmes conditions limites que la première. La seule différence est que la turbulence est artificiellement éliminée de la région interne de la couche limite. Cette deuxième base de données est utilisée pour examiner l'effet de la région interne sur la turbulence dans la région externe. À des fins de comparaison, nous utilisons aussi des bases de données d'un écoulement de Poiseuille plan, de deux couches limites sans gradient de pression et de deux écoulements à cisaillement homogène. Les structures porteuses d'énergie et celles qui transfèrent l'énergie sont examinées à l'aide des distributions spectrales et des corrélations en deux points. L'analyse révèle que les structures porteuses d'énergie possèdent des caractéristiques spatiales et spectrales semblables dans les CLT-GPA avec de petits déficits de vitesse et les écoulements canoniques. Dans le cas à grand déficit de vitesse, contrairement aux écoulements précédents, la turbulence devient prédominante dans la région externe au lieu de la région interne. Le pic interne du spectre de (⟨u²⟩) n'existe pas dans le cas à grand déficit de vitesse. De plus, les corrélations en deux points montrent que l'organisation spatiale a aussi changé. En ce qui concerne les structures qui transfèrent l'énergie, les structures associées à la production, la pression-déformation et la dissipation se comportent comme les structures porteuses d'énergie. Les distributions spectrales de ces mécanismes sont semblables dans les CLT-GPA avec de petits déficits de vitesse et les écoulements canoniques. Dans le cas à grand déficit de vitesse, les distributions de production et pression-déformation dans la direction normale à la paroi changent parce que la région externe devient dominante. Cependant, les spectres 2D et le rapport de forme des structures sont semblables dans tous les cas. Les structures de production et de pression-déformation sont analysées plus en détail en utilisant leur taille relative et leur position dans la direction normale à la paroi, comme révélé par les distributions spectrales. Les résultats montrent que les spectres de production et pression-déformation ont des caractéristiques semblables dans chaque région (interne et externe) peu importe le déficit de vitesse. Dans la région interne, les résultats suggèrent que le cycle de régénération de la turbulence de proche paroi, ou un autre mécanisme possédant les mêmes caractéristiques spectrales, existe dans les CLT-GPA à grand déficit de vitesse. En ce qui concerne la région externe, la CLT-GPA à grand déficit de vitesse se comporte davantage comme une couche cisaillée libre que les CLT-GPA avec de petits déficits de vitesse et les écoulements canoniques. Mais aucune instabilité de type point d'inflexion n'a été détectée. L'effet de la turbulence de la région interne sur les structures de la région externe est examiné par l'intermédiaire des caractéristiques spatiales des structures porteuses de cisaillement turbulent à l'aide de données volumétriques spatio-temporelles. Les résultats montrent que la région externe n'est pas significativement affectée par la turbulence de la région interne. Les caractéristiques spatiales des structures dépendent principalement du cisaillement moyen. De plus, le rapport de forme des structures évolue de la même façon dans les deux régions externes de CLT-GPA (originale et modifiée) et dans l'écoulement à cisaillement homogène lorsque la taille des structures est normalisée avec l'échelle de longueur de Corrsin. La conclusion générale est que les mécanismes de transfert d'énergie turbulente restent les mêmes dans une région indépendamment du déficit de vitesse. La raison pour laquelle les distributions d'énergie et du transfert d'énergie varient dans la CLT-GPA à grand déficit de vitesse est probablement le changement du profil de cisaillement moyen dû au déficit de vitesse croissant. / This thesis aims to expand our knowledge about turbulent boundary layers (TBLs) developing under adverse pressure gradients (APG). The main focus of this thesis is coherent structures and energy transfer mechanisms in APG TBLs with small and large velocity defects. For this, two novel non-equilibrium APG TBL direct numerical simulation databases are generated. The first database is a non-equilibrium APG TBL with Re[subscript θ] reaching 8000 and a shape factor spanning between approximately 1.4 and 3.2. It is the main database utilized throughout the thesis. The second database has identical domain and boundary conditions to the first one. The difference between them is that turbulence in the inner layer of the second database is artificially eliminated. This second database is generated to examine the effect of the inner layer on the outer layer turbulence. For comparison purposes, a channel flow case, two zero pressure gradient (ZPG) TBLs and two homogeneous shear turbulence (HST) databases from the literature are employed. The energy-carrying and -transferring structures are examined using the spectral distributions and two-point correlations. The analysis reveals that energy-carrying structures in small defect APG TBLs and canonical flows have similar spatial and spectral features. In the large defect case, turbulence in the inner layer, which is the dominant region in canonical flows and small defect APG TBLs, loses its importance and outer-layer turbulence becomes dominant. The inner peak in the ⟨u²⟩ spectra does not exist in the large-defect case. Moreover, two-point correlations show that the spatial organization becomes different in the large-defect case as well. Regarding the energy-transferring structures, production, pressure-strain and dissipation structures behave in a similar fashion to the energy-carrying structures. The spectral distributions show that the canonical flows and small defect APG TBLs behave very similarly. The shape of the spectra is qualitatively similar in both cases. In the large defect case, the wall-normal distributions of production and pressure-strain become different since the outer layer becomes dominant. However, the shape of 2D spectra and the aspect ratio of structures are alike in all cases. The production and pressure-strain structures are analyzed in more detail using the relative size and wall-normal positions with respect to each other and energetic structures using spectral distributions. The results show that production and pressure-strain spectra have similar features in both the inner and outer layers regardless of the velocity defect, despite the differences in energetic structures. In the inner layer, the results suggest that the near-wall cycle or another mechanism with similar spectral features exists in large defect APG. As for the outer layer, an interesting result is that in large-defect APG TBLs it acts more like a free shear layer than in small-defect APG TBLs or canonical flows. Besides that, production and inter-component energy transfer mechanisms are similar in all cases regardless of velocity defect. No inflection point instability in the outer layer of the large-defect APG TBLs was detected. The effect of the near-wall region on the outer-layer layer structures is examined through Reynolds-shear-stress carrying structures' spatial features by detecting individual structures using spatio-temporal volumetric data. The results show that the outer layer is not significantly affected by the inner-layer turbulent activity. The structures' spatial features mostly depend on the mean shear. The aspect ratio of Reynolds-shear-stress carrying structures remains almost identical in the outer layer when the inner-layer turbulence is eliminated. Moreover, the aspect ratio follows a similar trend in both outer layers of APG TBLs and HSTs when the structures' size is normalized with the Corrsin length scale. The overall conclusion is that energy transfer mechanisms remain the same within one layer regardless of the velocity defect. The reason why the wall-normal distribution of energy and energy transfer dramatically changes in the large defect case is probably the change in the mean shear profile due to the increasing velocity defect.

Le rayonnement joue un rôle important dans de nombreuses applications industrielles, en particulier celles mettant en jeu un processus de combustion. Cependant, son influence sur les écoulements turbulents, notamment les couches limites, n’est pas encore bien connu. L’objectif est ici d’analyser en détail l’effet du rayonnement sur les écoulements turbulents. Utilisant le modèle CK pour décrire les propriétés radiatives des gaz, une approche optimisée de la méthode de Monte-Carlo (OERM) basée sur l’émission et le principe de réciprocité est développée. La méthode OERM permet de contrôler localement l’imprécision des résultats tout en corrigeant l’inconvénient de la méthode originale en introduisant une nouvelle fonction de répartition des fréquences basée sur la température maximale du domaine. Plusieurs écoulements de canal plan turbulent sous différentes conditions de pression, de températures et d’émissivités de parois sont résolus par simulation numérique directe (DNS). Les simulations DNS de l’écoulement et du champ de rayonnement par la méthode OERM sont entièrement couplées. L’impact du rayonnement sur le champ moyen de température et ses fluctuations est analysé en détail. La modification du profil de température moyenne induit un changement des flux de chaleur conductifs aux parois et de nouvelles lois de paroi pour la température lorsque le rayonnement est pris en compte. L’impact sur les fluctuations de température et le flux de chaleur par transport turbulent est étudié au travers de leurs équations de transport respectives dont l’équilibre est modifié par le rayonnement. Une nouvelle normalisation (wall-scaling) basée sur le bilan d’énergie est proposée pour améliorer le recouvrement des profils obtenus sous les différentes configurations étudiées avec et sans transfert radiatif. Cette normalisation permet d’introduire un modèle pour le nombre de Prandtl turbulent lorsque le rayonnement est pris en compte. Afin de prédire l’effet du rayonnement sur la zone proche paroi et sa modification des lois de paroi, un modèle de paroi pour la simulation aux grandes échelles (LES) est développé. Les équations 1D de couche limite turbulente à l’équilibre sont résolues sur une grille intégrée au maillage LES pour traiter la zone interne. La contrainte pariétale et le flux de chaleur conductif obtenus sont renvoyés au code LES. La puissance radiative dans l’équation d’énergie du modèle de paroi 1D est évaluée à partir d’un modèle analytique. Le modèle de paroi est validé par comparaison avec les résultats des calculs couplés DNS/Monte-Carlo. Deux critères sont finalement proposés et validés. Le premier a pour but de prédire l’importance du flux radiatif pariétal tandis que le second détermine si un modèle de paroi prenant en compte l’effet du rayonnement dans la zone interne de la couche limite est nécessaire. Une étude paramétrique est ensuite réalisée où un modèle κ-ϵ et un modèle de nombre de Prandtl turbulent sont utilisés pour estimer les champs moyens de vitesse et température d’écoulements de canal plan sous différentes conditions. Les valeurs des critères obtenues sont analysées puis comparées. / If radiation plays an important role in many engineering applications, especially in those including combustion systems, influence of radiation on turbulent flows, particularly on the turbulent boundary layers, is still not well known. The objective is here to perform a detailed study of radiation effect on turbulent flows. An optimized emission-based reciprocal (OERM) approach of the Monte-Carlo method is proposed for radiation simulation using the CK model for radiative gas properties. OERM allows the uncertainty of results to be locally controlled while it overcomes the drawback of the original emission-based reciprocity approach by introducing a new frequency distribution function that is based on the maximum temperature of the domain. Direct Numerical Simulation (DNS) has been performed for turbulent channel flows under different pressure, wall temperatures and wall emissivity conditions. Flow field DNS simulations are fully coupled with radiation simulation using the OERM approach. The role of radiation on the mean temperature field and fluctuation field are analyzed in details. Modification of the mean temperature profile leads to changes in wall conductive heat fluxes and new wall laws for temperature when radiation is accounted for. The influence on temperature fluctuations and the turbulent heat flux is investigated through their respective transport equations whose balance is modified by radiation. A new wall-scaling based on the energy balance is proposed to improve collapsing of wall-normal turbulent flux profiles among different channel flows with/without considering radiation transfer. This scaling enables a new turbulent Prandtl number model to be introduced to take into account the effects of radiation. In order to consider the influence of radiation in the near-wall region and predict the modified wall law, a one-dimensional wall model for Large Eddy Simulation (LES) is proposed. The 1D turbulent equilibrium boundary layer equations are solved on an embedded grid in the inner layer. The obtained wall friction stress and wall conductive flux are then fed back to the LES solver. The radiative power term in the energy equation of the 1D wall model is computed from an analytical model. The proposed wall model is validated by a comparison with the former DNS/Monte-Carlo results. Finally, two criteria are proposed and validated. The first one is aimed to predict the importance of wall radiative heat flux while the other one predicts whether a wall model accounting for radiation in the near wall region is necessary. A parametric study is then performed where a k-ǫ model and a turbulent Prandtl number model are applied to simulate the velocity and temperature field of different channel flows under various flow conditions. The obtained criteria values are analyzed and compared.

En quelques années, l'efficacité des cellules solaires à base de Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) est passée de 20% à 22.6%. La rapidité de ce développement montre que le CIGS est un matériaux idéal pour les technologies solaires en couches minces. Pourtant, le coût de production cette technologie doit encore être abaissé pour une meilleure compétitivité. La fabrication d'un module avec une couche CIGS plus fine permettrait d'augmenter la production d'une usine et de réduire sa consommation en métaux. Ce travail de thèse vise à réduire l'épaisseur du CIGS d'un standard de 2.0-2.5 µm à une épaisseur inférieure à 500 nm sans altérer les performances des cellules. Cependant, comme rapporté dans la littérature, nous avons observé une diminution des rendements, ce que nous avons analysé en détail en comparant simulations et caractérisations d'échantillons. Celle-ci est causée à la fois par une faible absorption de la lumière dans la couche de CIGS et par un impact important du contact arrière (fortes recombinaisons et faible réflectivité). Pour dépasser ces limites, nous démontrons à la fois théoriquement et expérimentalement que le contact arrière en molybdène peut être remplacé par un oxyde transparent conducteur couplé à un miroir métallique. Nous obtenons de cette manière de meilleurs rendements de cellules. Pour atteindre ce résultat, une optimisation du dépôt de CIGS a été nécessaire. De plus, nous prouvons qu'une couche d'oxyde perforée, insérée entre le CIGS et le contact arrière, limite les recombinaisons des porteurs de charges et réduit l'influence des courants parallèles. Au final, nous avons fabriqué une cellule avec un rendement de 10.7% sur SnO2:F passivé par Al2O3. / In the past three years, record efficiency of Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) based solar cells has improved from 20% up to 22.6%. These results show that CIGS absorber is ideal for thin-film solar cells, even if this technology could be more competitive with a lower manufacture cost. The fabrication of devices with thinner CIGS absorbers is a way to increase the throughput of a factory and to reduce material consumption. This PhD thesis aims to develop cells with a CIGS thickness below 500 nm instead of the conventional 2.0-2.5 µm. However, as reported in the literature, we observed a decrease in cell performance. We carefully analyzed this effect by the comparison between simulations and sample characterizations: it is attributed, on one hand, to a lack of light absorption in the CIGS layer and, on the other hand, to an increased impact of the back-contact (high recombination and low reflectivity). To resolve these problems, we demonstrated theoretically and experimentally that the use of an alternative back-contact, other than molybdenum, such as a transparent conducting oxide coupled with a light reflector, improves the cell efficiency. To achieve this result, an optimization of the CIGS deposition was necessary. Moreover, we proved that a porous oxide layer inserted between the CIGS and the back-contact limits the charge-carrier recombination and removes some parasitic resistance. Finally, an efficiency of 10.7% was achieved for a 480-nm-thick CIGS solar cell with a SnO2:F back-contact passivated with a porous Al2O3 layer.

L'utilisation de systèmes électromécaniques microstructurés pour analyser et manipuler des solutions biologiques ou des cellules vivantes (bio-MEMS) a pris un essor considérable ces dernières années. Dans ce genre de dispositifs, l'utilisation de champs électriques est fréquente, que ce soit pour percer les membranes des cellules et effectuer une transfection de gènes par exemple (électroporation), pour les déplacer ((di )électrophorèse) ou agir sur le milieu dans lequel elles baignent (électro-hydrodynamique). La modélisation des phénomènes induits par ces champs électriques dans les solutions aqueuses est un problème multi-physique et multi-échelle. Au déplacement des électrons s'ajoute en effet la migration des ions présents dans la solution. Ceux-ci se concentrent en particulier aux abords des électrodes formant des couches minces dont les paramètres évoluent de façon encore mal connue en fonction notamment des conditions d'alimentation. La thèse se concentre sur les applications électro-hydrodynamiques dans lesquelles une solution saline est mise en mouvement par des forces électriques agissant sur ses ions, concentrés dans des couches de charges minces, au voisinage des électrodes. Sont d'abord présentés les résultats expérimentaux et des modèles simples du problème électromécanique dans le cas de structures 2D à électrodes coplanaires. Devant l’importance des écarts entre les résultats théoriques et expérimentaux, des modèles plus complets sont alors proposés et évalués. Malgré les améliorations fournies par ces modèles, des écarts importants subsistent entre théorie et expérimentation, et une étude totalement découplée des aspects électriques et mécaniques est alors réalisée sur une structure 1D. Cette étude permet de mieux cerner les dépendances de certains paramètres physiques vis-à-vis des conditions d’alimentation avec une comparaison systématique des résultats expérimentaux et des résultats de modèles circuits linéaires et non linéaires, au travers d’une approche fréquentielle par diagrammes de Bode et d’une approche temporelle par figures de Lissajous. Il a ainsi pu être mis en évidence l’importance pratique potentielle de certains phénomènes rarement pris en compte dans des modèles globaux : saturation des couches minces, permittivité non constante, effets de bords,… Des applications pratiques ont pu être dégagées et testées expérimentalement, dans le domaine des micro-mélangeurs. Outre ces développements, une brève étude est décrite, portant sur la modélisation des cellules et de leurs membranes extrêmement fines en regard des autres dimensions caractéristiques du système, dans la perspective par exemple d'applications en électroporation. Une autre étude est faite portant sur l’utilisation potentielle de méthodes numériques dites « sans maillage » pour ce type d’applications, l’accent étant mis sur la résolution du problème de Poisson dans des systèmes 2D. / Analysis and manipulation of biological solutions or cells in micro-electromechanical systems has considerably improved during last years. In such systems, it is common to use electric fields, in order e.g. to increase cells membrane porosity, which is known as electroporation, and thus allow for gene transfection. Electric fields can also generate the motion of cells in a solution by (di-)electrophoresis effects or induce the movement of the solution itself, through electro-hydrodynamic effects. Finding theoretical models for those phenomena requires a multi-physic and multi-scale approach. The ions present in the saline solution react mechanically to the electrical excitation of the system. They migrate to the regions close to the electrodes, in very thin layers whose parameters vary in non-obvious ways, depending namely on the power supply conditions. The text focuses on electro-hydrodynamic applications in which a flow is generated by electric forces acting on the ions present in the solution, mostly in thin charge layers near the electrodes. Experimental results and simple existing models are first presented for 2D coplanar electrodes systems. Regarding the important differences between models and experimentation, more complete models are then proposed and tested. In spite of the improvements of those new models, some important differences remain, so that a fully decoupled approach of electrical and mechanical aspects is needed, which is pursued on a 1D structure. This new study allows for a better understanding of the dependences of some physical parameters with regard to supply conditions, with a systematic comparison of experimental results and non-linear circuit models results. A frequency approach with Bode diagrams is used, as well as a time approach with Lissajous figures. It has been shown that some phenomena are of practical and fundamental importance, which are not always taken into account in more general and global models : saturation phenomena, non constant physical parameters, border effects,… Practical applications have been deduced and tested experimentally, in the case of micro-mixing. A brief study is also mentioned, concerning the modeling of cells with extremely thin membranes compared to the other characteristic dimensions of the system, in the perspective e.g. of electroporation applications. Another short study is performed about the potential use of « meshless » numerical methods for the solving of this kind of applications, focusing more specifically on the solving of a Poisson problem in 2D.

Ces dernières années, les réseaux multi-sauts sans fil (MHWNs) ont connu une explosion de déploiement en raison de la demande croissante de connectivité continue indépendamment de l'emplacement physique. Les protocoles de transport Internet prédominantes, c.-à-Transmission Control Protocol (TCP), se trouvent face à la dégradation des performances dans MHWNs en raison de les taux élevés de pertes et de défaillance du lien. Plusieurs solutions ont été proposées qui sont basées sur l'estimation de l'état du réseau ou sur l'utilisation de renseignements de la couche MAC (dénommée métriques) dans une manière d’inter-couche pour mieux comprendre l'état du réseau. La première partie de cette thèse fournit une enquête et la définition complète de métriques communs des couches physique, MAC, réseau et transport et fournit ainsi un multi-critères et la classification hiérarchique. Après cela, l'efficacité dans la réflexion des informations de réseau des métriques de la couche MAC est également étudiée dans une façon systématique en simulant des situations différents de réseau et de mesurer les métriques de la couche MAC. Ainsi, le bonne MAC métrique pour le contrôle de congestion qui est couplé avec le niveau de contention de réseau et les pertes provoquées moyen sera découvert. D'après les résultats de l'étude sur l'efficacité, deux nouveaux systèmes de contrôle de débit pour les protocoles de transport sont proposés qui s'adaptent efficacement le débit de source en fonction de l'état du réseau fournie par certains métriques MAC. Grâce à un vaste ensemble de simulations, les performances des systèmes proposées de contrôle de débit dans MHWNs sont examinées approfondie avec des situations de réseau. / In recent years, Multi-hop Wireless Networks (MHWNs) have experienced an explosion of deployment due to the increasing demand for continuous connectivity regardless of the physical location. Internet predominant transport protocols, i.e. Transmission Control Protocol (TCP), face performance degradation in MHWNs because of the high loss and link failure rates. Several solutions have been proposed which are based on network state estimation or use information from MAC layer (called metrics) in a cross-layer manner to better comprehend the network state. The first part of this thesis provides a survey and comprehensive definition of common metrics from Physical, MAC, Network and Transport layers and thus provides a multi-criteria and hierarchical classification. After that, the effectiveness in reflecting network information of MAC metrics is also investigated in a systematic way by simulating various network situations and measuring the MAC metrics. Thus, the good MAC metric for congestion control which is coupled with the network contention level and the medium induced losses will be found out. From the results of the effectiveness study, new rate control schemes for transport protocols are proposed which adapt efficiently the source bit rate depending on the network condition provided by some MAC metrics. Through an extensive set of simulations, the performance of the proposed rate control schemes in MHWNs is investigated thoroughly with several network situations.

Étant une des nouvelles sources délivrant des énergies électrique et thermique décentralisées, les piles à combustible offrent une meilleure efficacité énergétique et des émissions réduites pour un développement durable. Ce mémoire est axé particulièrement sur l’étude des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM), et sur les phénomènes physico-chimiques dont elles sont le siège. Un modèle 2D dynamique a été développé et résolu numériquement par la méthode des éléments finis au moyen du logiciel COMSOL Multiphysics. Les caractéristiques statiques et dynamiques simulées sont confrontées aux mesures effectuées sur un banc de test équipé d’une monocellule de type PEM de 100cm2 du laboratoire GREEN. Des études paramétriques, telles que l’influence des conditions opératoires, différentes sollicitations en courant, ont été simulées et expérimentées. Le comportement dynamique de la monocellule à un échelon de courant, et plus particulièrement à un couplage direct sur une capacité, a souligné l’importance du phénomène de la double couche électrique aux interfaces membrane/électrode dans la description précise des transitoires rapides. Enfin, la spectroscopie d’impédance, très répandue comme outil de caractérisation de la pile, a été mise en œuvre en simulation, permettant ainsi l’analyse des effets de cette méthode de mesure sur les grandeurs locales du cœur de pile / Being a new source of supplying electrical and thermal decentralized energy, the fuel cells offer better energy efficiency and reduced emissions for sustainable development. This thesis deals with the physicochemical phenomena that occur in a single cell of fuel cell proton exchange membrane. A 2Ddynamic model was developed and solved numerically by the finite element method using thesoftware COMSOL Multiphysics. The simulated static and dynamic polarization curves are confronted with measurements made on a 100cm² single cell test bench that belongs to GREEN Laboratory. Aparametric study, such as the influence of operating conditions, different stress current has been simulated and tested. The single cell dynamic behavior to a current step and more particularly to adirect connection to capacitor has underlined the importance of the electrical double layer phenomenon, located at the membrane / electrode interfaces, to describe precisely fast transients.Finally, spectroscopy impedance as a tool widely used to characterize the cell has been implemented in simulation allowing the analysis of the effects of this measurement method on the local parameters

Cette thèse s’insère dans un projet d’élaboration et de caractérisation des cellules photovoltaïques organiques classiques et inverses, plus précisément il s’agit d’améliorer les performances des cellules via des couches tampons anodiques et cathodiques originales. Nous avons commencé d’améliorer les couches tampons cathodiques avec différents donneurs d’électrons: phtalocyanine de cuivre CuPc, subphtalocyanine SubPc et dérivés de thiophène organiques. Dans le premier cas de donneur d’électrons (CuPc), nous avons mis en évidence l’effet d’une fine couche d’un composé de césium, utilisée comme couche tampon cathodique dans des cellules inverses, sur la collecte des électrons après un traitement thermique. Nous avons montré aussi que la couche tampon cathodique hybride, Alq3 (9nm) / Ca (3nm) améliore les performances des cellules quelque soit le donneur d’électrons et sans nécessité de recuit. Dans le cas de drivés de thiophène, nous avons montré comment la morphologie de surface des couches organiques peut influencer les performances des cellules photovoltaïques organiques. Et dans le cas de SubPc utilisé dans des cellules inverses, nous avons étudié l’effet de la vitesse de dépôt de la couche SubPc sur sa morphologie. Concernant l’amélioration de la couche tampon anodique, nous avons étudié des cellules classiques à base SubPc et du pentathiophene (5T). Après l’optimisation de l’épaisseur des donneurs d’électrons, nous avons montré que la bicouche MoO3 (3 nm) / Cul (1,5 nm) utilisée comme couche tampon anodique, permet d'améliorer les performances des cellules, quelque soit le donneur d’électrons. Dans le cas du SubPc, nous avons obtenu un rendement qui approche de 5%. / This thesis concerns elaboration and characterization of classical and inverse organic photovoltaic cells, specifically improving the anodic and cathodic buffer layers. We started by improving the cathode buffer layers with different electron donors: copper phthalocyanine CuPc, subphtalocyanine SubPc and thiophene derivatives (BSTV and BOTV). In the first case of electron donor (CuPc), we highlighted the effect of the thin layer of cesium compound, used as a cathodic buffer layer in inverse cells, on the collection of electrons after heat treatment.We have also shown that the hybrid cathodic buffer layer, Alq3 (9 nm) / Ca (3nm) improves the cell performance whatever the electron donor without annealing. In the case of thiophene derivatives, we have shown how the morphology of the organic layers surface can influence the performance of organic photovoltaic cells. In the case of SubPc used in inverse cells, we studied the effect of the deposition rate of the layer on the morphology of SubPc surface.Regarding the improvement of the anodic buffer layers, we investigated those based on the SubPc and pentathiophene (5T) in classical cells. After optimization of the electron donors thickness, we have shown that the bilayer MoO3 (3 nm) / CuI (1.5 nm) used as an anodic buffer layer, improves cell performances, whatever the electron donor. In the case of SubPc, we obtained a efficiency approaching 5%.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

A l'époque de l'Internet des Objets, le nombre de dispositifs communicants ne cesse d'augmenter. Souvent, les objets connectés utilisent des bandes de fréquences « industriel, scientifique et médical (ISM) » pour effectuer les communications. Ces bandes sont disponibles sans licence, ce qui facilite le déploiement de nouveaux objets connectés. Cependant, cela mène aussi au fait que le niveau d'interférences augmente dans les bandes ISM. Les interférences ont non seulement un impact négatif sur la qualité de service, mais aussi elles causent des pertes de messages couteuses en énergie, ce qui est particulièrement nocif pour les nœuds capteurs souvent limités en énergie. Dans cette thèse, l'impact des interférences sur la consommation énergétique des nœuds est étudié expérimentalement. Les résultats de ces expérimentations sont utilisés pour estimer la durée de vie des nœuds en fonction de différents niveaux d’interférence subis. Puis, un algorithme de Radio Cognitive (RC) basé sur la technique d’ échantillonnage de Thompson est proposé et évalué par la simulation et implémentation. Les résultats montrent que l'approche proposée trouve le meilleur canal plus vite que les autres techniques. De plus, une extension multi sauts pour RC est proposée et évaluée par expérimentation lors d'une compétition EWSN Dependability Competition. Finalement, le protocole adaptatif WildMAC est proposé pour le cas d'usage du projet LIRIMA PREDNET qui consiste à surveiller des animaux sauvages. Les performances sont évaluées par simulation avec le simulateur WSNet. Les résultats montrent que la solution proposée respecte les contraintes imposées par le projet PREDNET dans la zone ciblée. / In the era of the Internet of Things, the number of connected devices is growing dramatically. Often, connected objects use Industrial, Scientific and Medical radio bands for communication. These kinds of bands are available without license, which facilitates development and implementation of new connected objects. However, it also leads to an increased level of interference in these bands. Interference not only negatively affects the Quality of Service, but also causes energy losses, which is especially unfavorable for the energy constrained Wireless Sensor Networks (WSN). In the present thesis the impact of the interference on the energy consumption of the WSN nodes is studied experimentally. The experimental results were used to estimate the lifetime of WSN nodes under conditions of different levels of interference. Then, a Thompson sampling based Cognitive Radio (CR) adaptive solution is proposed and evaluated via both, simulation and hardware implementation. Results show that this approach finds the best channel quicker than other state of the art solutions. An extension for multihop WSN was proposed for this CR solution and evaluated by hardware implementation in the framework of EWSN Dependability Competition. Finally, an adaptive WildMAC MAC layer protocol is proposed for the usecase of the LIRIMA PREDNET wildlife animal tracking project. Obtained field range test data were used to theoretically estimate cell densities and deployment zone coverage in this Low Power Widea Area Network (LPWAN). Then performance of the protocol was evaluated in WSNet simulation. The results show performance that allows to respect PREDNET project requirements with the given coverage.